南京地鐵三號線全高清數字視頻監控系統的技術探討

朱永宏+宋贊明

摘 要：視頻監控系統是保證城市軌道交通行車組織和安全的重要手段。隨著高清視頻技術的發展、設備產品的成熟以及IP網絡可靠性的提高，視頻監控行業與IT行業已全面融合。該文針對南京地鐵線路中的監控系統應用需求，調研了城市軌道交通視頻監控系統現狀與發展，比較分析各種視頻編解碼技術與可選方案，優選H.264與全高清數字視頻監控系統用于設計與實現南京地鐵三號線相關系統，展望了全高清數字視頻監控系統的前景，對相關工程技術實踐有參考價值。

關鍵詞：南京地鐵 全高清 視頻監控

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0004-01

目前城市軌道交通各線視頻監控系統制式主要為本地模擬+數字傳輸的方式，全模擬方案已逐漸退出行業，全數字方案隨著方案的成熟和產品性價比的提高已逐漸得到應用推廣。南京地鐵三號線在全國首次采用全高清數字視頻監控系統方案。

1 南京地鐵視頻監控系統現狀

南京地鐵一號線：視頻監控所采用的系統制式為本地模擬+數字傳輸，各車站設置模擬攝像機、視頻切換矩陣（RS422接口）、視頻分配器、字符疊加器、隔離地變壓器、模擬監視器、控制鍵盤（RS422接口）等設備，采用OTN傳輸系統提供的M-JPEG視頻編碼板負責遠距離數字視頻傳輸，控制中心配置相應的M-JPEG視頻解碼板將各車站圖像傳送至大屏。南京地鐵一號線南延線：視頻監控所采用的系統制式與南京地鐵一號線一致，為本地模擬+數字傳輸，各車站設置模擬攝像機、視頻切換矩陣（IP接口）、視頻分配器、字符疊加器、隔離地變壓器、模擬監視器、控制鍵盤（IP接口）等設備，采用OTN傳輸系統提供的M-JPEG視頻編碼板遠距離數字視頻傳輸，控制中心配置M-JPEG視頻解碼板將各車站圖像傳送至大屏。南京地鐵二號線：視頻監控所采用的系統制式為本地模擬+數字傳輸，各車站設置模擬攝像機、視頻切換矩陣（IP接口）、視頻分配器、字符疊加器、隔離地變壓器、模擬監視器、控制鍵盤（IP接口）等設備，國內首次采用OTN傳輸系統提供的H.264視頻編碼板負責遠距離數字視頻傳輸，控制中心配置相應的H.264視頻解碼板將各車站圖像傳送至大屏。

2 南京地鐵三號線全高清數字視頻監控系統解決思路與方法

在選擇方案實施的初期，開展了比選論證工作，并結合南京地鐵建設思路、工程工期等實際情況，力求系統解決方案技術創新、技術兼容性強，可實施性好，且易于擴展，便于維護。

2.1 系統組網方案

全模擬視頻組網方案：采用全模擬視頻解決方案，傳輸-光端機（模擬電纜）/顯示控制-矩陣/編碼與本地存儲-DVR/管理平臺實現基本的統一管理功能。模擬視頻+數字傳輸組網方案：車站級采用模擬方式：車站設置模擬視頻切換矩陣及終端設備，車站本地監視通過視頻切換矩陣進行切換及控制。圖像至中心的視頻信號遠距離傳輸采用IP共享帶寬方式。將經過視頻切換矩陣切換輸出的視頻圖像數字壓縮編碼后通過傳輸系統傳送至中心，控制中心設數字解碼器、視頻服務器及錄像服務器，接收車站的數字視頻信號并解碼恢復成模擬信號，將模擬圖像送至中心大屏和各調度員的模擬顯示器上。各調度員設通過PC操作終端，對全線進行圖像監控。數字標清視頻組網方案：在車站對所有圖像進行數字化編碼，通過設置視頻雙編碼器將攝像機獲取的模擬圖像轉換成兩種不同編碼制式的數字視頻信號，分別送至車站本地設置的以太網交換機和IP視頻錄像設備，用于圖像實時調用和圖像錄像。以太網交換機輸出的數字視頻信號，一路至本地視頻解碼器，解碼后在值班員處的模擬監視器上顯示；另一路至傳輸設備的以太網接口進行共線傳輸，上傳至控制中心供調度值班員調用。數字高清視頻組網方案：高清IPC實現前端高清視頻傳感/編碼/網絡傳輸，攝像機可同時輸出數字視頻信號和模擬視頻信號，提供數字視頻信號可滿足專網視頻上傳、本地調看及存儲的要求；提供模擬視頻接口，可連接至公安視頻系統。

2.2 各方案分析比較

傳統的全模擬視頻監控組網方案，本地模擬+數字傳輸組網方案以及全數字標清視頻組網方案均統一建立在前端采用模擬攝像機基礎之上，其特點：模擬視頻攝像頭受到模擬視頻線纜傳輸長度和安裝信號放大器的限制；系統本身的可擴展性存在局限性，通常受到視頻畫面分割器，視頻切換矩陣輸入容量的限制；布線復雜，“模擬數字”方案仍需要在每個攝像機上敷設單獨視頻線纜，導致布線的復雜性；有限的遠程監視和控制能力；需要模擬、數字二次切換，控制軟件復雜，不便于網絡擴容及設備維護管理；未實現全數字化，不易建立通用數字化圖像平臺；上述前端模擬攝像頭視頻解決方案在全國地鐵及其他行業都有大量應用，作為存量市場將長期存在，技術及應用較成熟可靠，但隨著對數字化管理和高清監控需求的增加，將逐漸被高清IP攝像機為代表的高清監控取代。綜上，南京地鐵三號線在國內首創采用全數字高清視頻組網方案，且經過充分技術論證和互聯互通的長遠規劃。

3 全高清數字視頻監控系統的組成

前端采用百萬像素的網絡攝像機、高清球機、高清編碼器，通過局域網構架網絡監控系統，后端采用集中管理模式，由主服務器、錄像服務器、報警服務器、轉發服務器等組成。前端網絡攝像機執行高清抓拍的功能，球機執行隨機動作查看和及時反應跟蹤，同時聯動錄像存儲于存儲服務器中。

4 結論

南京地鐵三號線是目前國內首條采用全高清視頻監控系統技術進行建設的地鐵線路，系統方案成熟，技術領先新穎。前端內置視頻編碼器及控制芯片，可直接提供以太網接口和SFP光纖接口。攝像機直接產生MPEG-4或者H.264編碼格式的1080P分辨率以上的高清視頻圖像；高清視頻攝像機使圖像的清晰度擁有了質的飛躍，且提供了更寬闊的監視范圍；高清視頻監控系統可供任何經授權客戶機從網絡中任何位置訪問、監視、記錄；布線簡便，所有攝像機通過光纖或網線接入網絡，完成存儲、調看、上傳的功能；豐富的輸出接口，可在前端同時提供標準以太網、光纖、模擬等視頻輸出接口，充分滿足專網、公安系統不同的視頻輸出模式；易于升級及全面的可擴展性，方便的網絡擴容和設備維護管理；中心控制功能強大；數字高清視頻監控解決方案對網絡帶寬及存儲空間都提出較高要求；隨著高清數字視頻監控的發展，產品價格必然逐漸降低，對全數字化圖像平臺的建立提供了必要條件。

參考文獻

[1] 謝俊超.高清視頻技術在城市軌道交通的應用特點[J].城市軌道交通研究，2011，14（A01）：44-45.

[2] 王志麟，鄭國莘，趙麟杰，等.5.8GHz無線頻段車一地視頻傳輸應用研究[J].城市軌道交通研究，2009（3）：51-59.

[3] 吳乃安.淺談軌道交通數字高清視頻監控系統解決方案[J].數字通信世界，2012（7）：74-76.